Вода — это прозрачная жидкость, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H₂O). У неё нет цвета, вкуса и запаха, она покрывает большую часть нашей планеты и играет важную роль для каждого живого существа.
А ещё есть такое понятие как «тяжёлая вода». Что это такое, чем отличается от обычной воды, какие у неё свойства и где применяется?
Что такое тяжёлая вода?
Тяжёлая вода – это вода (оксид дейтерия), в которой атомы обычного водорода (протия) заменены на атомы его тяжёлого изотопа — дейтерия.
Дейтерий был открыт американским физиком Гарольдом Юри в 1931 году, за что получил Нобелевскую премию в 1934 году. В 1933 году американский химик Гилберт Льюис впервые выделил чистую тяжелую воду из обычной путем электролиза.
Почему тяжёлая вода так называется?
Такую воду называют тяжёлой, потому что её масса в разы больше, чем у обычной воды. Атом дейтерия весит в два раза больше атома водорода. Соответственно, литр тяжёлой воды будет иметь массу на 100 граммов больше, чем обычной воды.
Какая формула тяжёлой воды?
Химическая формула оксида дейтерия – D₂O. Молярная масса равна 20,04 г/моль, что на 10 % больше, чем у обычной воды (18,02 г/моль).
Чем тяжёлая вода отличается от обычной?
Внешне тяжёлая вода не отличается от обычной, но имеет большую массу, плотность и теплоёмкость. Она отличается сладковатым вкусом, более высокой кислотностью, а ещё в ней хуже растворяются газы.
Ряд различий привели в таблице:
| Свойство |
Обычная вода |
Тяжёлая вода |
| Плотность при 10 °C, кг/м³ | 999,7 | 1106 |
| Температура кипения, °C | 100 | 101,43 |
| Температура плавления, °C | 0 | 3,81 |
| Вязкость | Ниже | Выше |
| Растворяющая способность | Более эффективный растворитель | Менее эффективный растворитель |
Почему тяжёлая вода такая дорогая?
Оксид дейтерия достаточно дорогой, что делает его практически недоступным для населения. Из-за близкого сходства физических и химических свойств H₂O и D₂O, обогащение представляет собой достаточно сложную задачу. Для добычи чистой тяжёлой воды нужно провести сложные процессы изотопного разделения. Необходимо отделить дейтерий, то есть тяжелый изотоп водорода, от обычного водорода, а это требует больших энергозатрат и специализированного оборудования.
Можно ли пить тяжёлую воду?
Небольшое количество тяжёлой воды вреда человеку не нанесёт. Передозировки встречаются очень редко, тем более что не у всех людей есть доступ к ней. Весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней.
Однако пить постоянно её не стоит – при длительном употреблении она может оказать негативное влияние на живое существо. В больших количествах он навредит организму – молекулы воды могут замедлить важные химические реакции, а также привести к сбоям в обмене веществ, росте, развитии, иммунной системе и репродукции.
Где применяется тяжёлая вода?
Сферы, в которых применяется тяжёлая вода:
-
Наука. Оксид дейтерия используется как растворитель для изучения структуры и функций биомолекул – ДНК, РНК и белки.
-
Медицина. В экспериментальной медицине тяжёлая вода может применяться в качестве препятствия размножению бактерий и грибков.
-
Атомная энергетика и промышленность. Тяжёлая вода нужна в некоторых процессах обогащения и переработки ядерного топлива для разделения и очистки материалов.